CN209524231U - 一种在腔内曲面移动的螺旋机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于机器人领域，涉及一种在腔内曲面移动的螺旋机器人，由呈螺旋形的车身以及由连接装置设置在车身上的若干个行动轮组成，所述行动轮用于驱动所述车身在腔内进行螺旋前进和/或原地平转。本实用新型克服了现有的越障机器人不能在狭窄管道内做螺旋曲面运动、无法跨越障碍的缺点，提出了一种在腔内曲面移动的螺旋机器人，以保证机器人能够在狭窄空间内遇到障碍物时正常运动，平稳且起伏小。本实用新型中的机器人的机身是一个螺旋形状的车身，这种特殊的机身形状保证了机器人能够顺利通过障碍物，在管道内遇到障碍物时机器人可以做螺旋运动。其应用范围广，可供移动机器人、越障车等需要在带有障碍物的狭窄空间内行走的移动设备中使用。

Description

一种在腔内曲面移动的螺旋机器人

技术领域

本实用新型属于机器人领域，涉及一种在腔内曲面移动的螺旋机器人。

背景技术

随着科技的发展，生活中管道基础设施也日益增多，管道机器人的发展也更加迅速。由于管道中存在着各种各样的障碍物，会导致管道机器人在行走勘探过程中出现无法前进或卡住的现象，使得机器人在管道的施工、检测、维护等作业中都无法正常工作。

实用新型内容

因此，为解决管道内空间狭小、管道腔内四周均为曲面、管道内部又有障碍物等难题，本实用新型提出了一种在腔内曲面移动的螺旋机器人。当该机器人在狭小腔内遇到障碍物时，通过沿着侧壁曲面进行螺旋移动的方式令机器人通过障碍物并顺利在管道内运动。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种在腔内曲面移动的螺旋机器人，由呈螺旋形的车身以及由连接装置设置在车身上的若干个行动轮组成，所述行动轮用于驱动所述车身在腔内进行螺旋前进和/或原地平转。

可选地，所述行动轮设有3个或3个以上，且均匀分布在车身上。

可选地，所述连接装置为弹性装置。

可选地，所述弹性装置为带有套管的螺旋弹簧，所述螺旋弹簧设置在所述套管内部，其一端连接所述车身、另一端连接所述行动轮。

可选地，每个行动轮上都设有用于驱动该行动轮转动和转向的驱动装置，所述驱动装置设置在所述车身内部。

可选地，所述车身由1～2圈螺旋组成。

可选地，所述车身由弹性材料制成。

可选地，所述行动轮分为两组，分别为A组行动轮及B组行动轮，A组行动轮用于在腔内驱动车身进行螺旋前进；B组行动轮用于在腔内驱动车身进行原地平转。

可选地，还包括设置在车身上的用于检测障碍物的传感器，以及用于控制行动轮动作的主控制器，所述传感器采集障碍物信息后发送给主控制器，主控制器控制B组行动轮原地平转调整车身至该传感器采集到无障碍，而后B组行动轮停止转动、A组行动轮转动，带动车身螺旋前进跨越障碍。

可选地，每个所述行动轮都对应地设有一个传感器，一个或多个传感器采集到障碍信息时，均发送给主控制器，主控制器控制B组行动轮原地平转调整车身至所有传感器采集到无障碍，而后B组行动轮停止转动、A组行动轮转动，带动该行动轮螺旋前进跨越障碍。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型克服了现有的越障机器人不能在狭窄管道内做螺旋曲面运动、无法跨越障碍的缺点，提出了一种在腔内曲面移动的螺旋机器人，以保证机器人能够在狭窄空间内遇到障碍物时正常运动，平稳且起伏小。本实用新型中的机器人的机身是一个螺旋形状的车身，这种特殊的机身形状保证了机器人能够顺利通过障碍物，在管道内遇到障碍物时机器人可以做螺旋运动。其应用范围广，可供移动机器人、越障车等需要在带有障碍物的狭窄空间内行走的移动设备中使用。

本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：

图1为实施例一的整体结构示意图；

图2为实施例一螺旋前进时行动轮的角度示意图；

图3为实施例一原地平转时行动轮的角度示意图；

图4为带有障碍物的腔体示意图；

图5为实施例一在腔体内跨越障碍的第一阶段示意图；

图6为实施例一在腔体内跨越障碍的第二阶段示意图；

图7为实施例一在腔体内跨越障碍的第三阶段示意图；

图8为实施例一在腔体内跨越障碍的第四阶段示意图；

图9为实施例一在腔体内跨越障碍的第五阶段示意图；

图10为实施例一中弹性装置的位置示意图；

图11为实施例二的整体结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1-图11，附图中的元件标号分别表示：车身1、行动轮2、连接装置3、A组行动轮21、B组行动轮22。

本实用新型公开了一种在腔内曲面移动的螺旋机器人，其具体结构如图1 所示，该机器人是由螺旋形结构的车身1，n(n≥3)组行动轮2及若干驱动装置和连接装置3等部分组成。机器人螺旋车身1的螺距和螺旋车身1的厚度，决定了螺旋车身1不同周(相邻圈)的空隙，所以选择合适的螺距和车身1厚度，可以让此空隙能够保证通过障碍物；为保证机器人在管道运动的稳定性，机器人应至少有三组行动轮2，分别固定在机身的三个位置，且三组行动轮2均匀分布在螺旋车身1上；在弹性装置作用下，所有的行动轮2紧贴内壁并保持一定压力，所以机器人的所有轮子都贴壁并且同时提供动力。

机器人的行动轮2的安装方式有多种，所以机器人在管道内的运动方式也有多种，这里我们主要介绍两种运动方式。

1当机器人的行动轮2处于斜安装状态时，如图2所示，斜安装即行动轮2 沿螺旋车身1所在的螺旋线方向安装，机器人在管道内做螺旋式运动，机器人可以在管道内以螺旋线的方向前进后退，为方便表述，我们以向右方向为前进方向。

2当机器人的行动轮2处于平安装状态时，如图3所示，平安装即行动轮2 沿管道截面方向安装，机器人在管道内做原地平转。为方便描述，我们定义机器人只转不前进后退，运动方向沿着管道内壁在旋转而不前进后退，其速度在管道轴线方向无分量的运动为原地平转。

本实用新型是一种在腔内曲面移动的螺旋机器人，该机器人适合应用在狭窄的管道内，且腔内有障碍物，这样的管道形式多样，如图4所示，是一个带有Y形障碍物的管道。机器人在即将到达障碍物的时候，通过原地平转，调整机器人通过障碍物的初始位置，然后在管道曲面上360度螺旋移动，从而穿过障碍物，顺利通过管道。

本实用新型在管道内的运动过程，如下所述。当机器人在狭窄的管道内运动，遇到障碍物O时，此时机器人的机头位置接近障碍物O，为顺利通过障碍物，需要调整姿态，行动轮2此时转成原地平转，将机器人通过障碍物的初始位置调整到一个合适的角度，然后机器人再转成螺旋式运动，如图5-图9所示。此时机器人继续运动，ABC三个行动轮2继续贴壁做螺旋运动，此刻A行动轮 2顺利通过障碍物O。机器人的螺旋车身1继续在管道内做螺旋运动，此时B 行动轮2顺利通过障碍物O。螺旋机器人继续贴壁做螺旋运动，此时C行动轮2 顺利通过障碍物O。机器人继续运动，至此机器人的三个行动轮2均已通过障碍物，越障过程完成。

实施例一

本实例是一款三轮螺旋形机器人，机器人结构如图10所示。该结构由一个螺旋形车身1，三个行动轮2和弹性装置等结构组成。本机器人的螺旋形车身1 长度在1到2圈之间，1.5圈为适中长度，合适的螺距和车身1厚度，可以让此空隙能够保证通过障碍物；三个行动轮2均匀的放在车身1上，在管道截平面方向每隔120度安装一个行动轮2；行动轮2的安装方向沿螺旋车身1所在的螺旋线方向，每个行动轮2都有一个电机驱动。行动轮2通过弹性装置与车身1 连接，行动轮2带有一定的悬挂装置，悬挂装置的压缩方向是管道的轴心方向到管道的内壁方向，在松弛状态，几个行动轮2在管道截面方向形成的外接圆大于管道的内径，所以机器人进入管道后因为弹簧的压缩，所有行动轮2会对内壁产生压力，都会抵住内壁。

当螺旋形机器人在管道内运动，遇到障碍物时，因为行动轮2可以转向进行原地平转，所以行动轮2会先转成和管道所在的截平面平行的状态，只转不走，调整姿态，把合适的位置插到空隙里面，然后机器人在管道内沿螺旋车身1 所在的螺旋线方向运动，机器人的三个行动轮2相继通过障碍物，此时整个的螺旋形状的车身1通过障碍物，至此越障过程完成。

实施例二

本实例是一款六轮螺旋形机器人，机器人结构如图11所示。该结构由一个螺旋形车身1，六个行动轮2和连接装置3等结构组成。本机器人的螺旋形车身 1长度在1到2圈之间，1.5圈为适中长度，合适的螺距和车身1厚度，可以让此空隙能够保证通过障碍物。六个行动轮2分为AB两组，当电机驱动A组行动轮21运动时，机器人能够在在管道内做前进后退运动，B组行动轮22为平安装，当电机驱动B组行动轮22运动时，机器人能够在管道内做原地平转，此时机器人只转不前进后退。该机器人的车身1本身有弹性，在松弛状态下，直径略大约管道内径，压缩卷曲后放入管道，因为自身的张力，进入管道后会膨胀，车身1有向外扩的趋势，所以在管道中一直就有压力，所有的行动轮2会抵住内壁。

当螺旋形机器人在管道内运动，遇到障碍物时，必须要先调整机器人接近障碍物的初始位置，此时电机驱动B组行动轮22运动，A组行动轮21不运动， B组行动轮22和管道所在的截平面平行，机器人只转不走，调整姿态，把合适的位置插到空隙里面，然后机器人电机驱动A组行动轮21运动，B组行动轮22 不运动，在管道内做前进后退运动。这样机器人的两A组行动轮21和B组行动轮22一直交替运动，直到机器人的六个行动轮2全部通过障碍物，此时整个的螺旋形状的车身1通过障碍物，至此越障过程完成。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种在腔内曲面移动的螺旋机器人，其特征在于：由呈螺旋形的车身以及由连接装置设置在车身上的若干个行动轮组成，所述行动轮用于驱动所述车身在腔内进行螺旋前进和/或原地平转。

2.如权利要求1中所述的在腔内曲面移动的螺旋机器人，其特征在于：所述行动轮设有3个或3个以上，且均匀分布在车身上。

3.如权利要求1中所述的在腔内曲面移动的螺旋机器人，其特征在于：所述连接装置为弹性装置。

4.如权利要求3中所述的在腔内曲面移动的螺旋机器人，其特征在于：所述弹性装置为带有套管的螺旋弹簧，所述螺旋弹簧设置在所述套管内部，其一端连接所述车身、另一端连接所述行动轮。

5.如权利要求1中所述的在腔内曲面移动的螺旋机器人，其特征在于：每个行动轮上都设有用于驱动该行动轮转动和转向的驱动装置，所述驱动装置设置在所述车身内部。

6.如权利要求1中所述的在腔内曲面移动的螺旋机器人，其特征在于：所述车身由1～2圈螺旋组成。

7.如权利要求1中所述的在腔内曲面移动的螺旋机器人，其特征在于：所述车身由弹性材料制成。

8.如权利要求2中所述的在腔内曲面移动的螺旋机器人，其特征在于：所述行动轮分为两组，分别为A组行动轮及B组行动轮，A组行动轮用于在腔内驱动车身进行螺旋前进；B组行动轮用于在腔内驱动车身进行原地平转。

9.如权利要求8中所述的在腔内曲面移动的螺旋机器人，其特征在于：还包括设置在车身上的用于检测障碍物的传感器，以及用于控制行动轮动作的主控制器，所述传感器采集障碍物信息后发送给主控制器，主控制器控制B组行动轮原地平转调整车身至该传感器采集到无障碍，而后B组行动轮停止转动、A组行动轮转动，带动车身螺旋前进跨越障碍。

10.如权利要求9中所述的在腔内曲面移动的螺旋机器人，其特征在于：每个所述行动轮都对应地设有一个传感器，一个或多个传感器采集到障碍信息时，均发送给主控制器，主控制器控制B组行动轮原地平转调整车身至所有传感器采集到无障碍，而后B组行动轮停止转动、A组行动轮转动，带动该行动轮螺旋前进跨越障碍。